70. Тугоплавкие металлы и сплавы

Тугоплавкими называют металлы, температура плавления которых выше 1700 ^оС.

1) вольфрам (3410 ^оС); 2) молибден (2620 ^оС); 3) тантал (2996 ^оС); 4) хром (1875 ^оС); 5) рутений; 6) гафний и др.

Тугоплавкие металлы и их сплавы применяют как жаропрочные при строительстве ракет, космических кораблей. Эти металлы получают из порошков путем прессования и последующего их спекания в брикеты, а также плавкой заготовок в электродуговых и электронно-лучевых печах. Монокристаллы тугоплавких металлов большой чистоты получают в результате особой плавки.

Тугоплавкие металлы обладают высокой коррозионной стойкостью в среде сильных кислот, расплавленных щелочных металлах. Тугоплавкие металлы и их сплавы во избежание окисления нагревают в вакууме или нейтральных газах (аргоне, гелии). Детали, работающие при высоких температурах, покрывают хромом, алюминием, кремнием и другими металлами. Для изготовления деталей, работающих при температурах до 1400 ^оС, используют молибден, ниобий или их сплавы; при более высоких температурах — вольфрам и тантал, у которых значительно выше температура плавления.

Сплавы вольфрама с 20% рения и вольфрама с 5% рения применяют для изготовления термопар, измеряющих температуру до 3000 ^оС.

Тантал применяют для изготовления пластин и проволоки, используемых в костной хирургии. Карбиды тантала (температура плавления 3880 ^оС) применяют для наплавки на поверхность изделий в агрессивной среде.

Вольфрам и молибден в чистом виде используют в радио- и электронной промышленности для изготовления нитей накаливания, пружин, нагревателей, контактов. Сплав, содержащий 85% вольфрама и 15% молибдена, пригоден для работы при температурах, близких к 3000 ^оС.

Ниобий и его сплавы имеют важное значение в электронной и химической промышленности, а сплавы ниобия с оловом являются ценным сверхпроводящим материалом.

Большую роль играет рений, его температура плавления 3180 ^оС, плотность в 3 раза больше, чем у железа,- он немного легче осмия, платины и иридия. Жаропрочность рения с вольфрамом и танталом сохраняется до температуры 3000 ^оС, сохраняются и механические свойства. Вольфрам и молибден при низких температурах очень хрупки, а в сплаве с рением сохраняют при этих температурах пластичность.

71. Методы получения порошков

Порошки используются для получения порошковых сплавов. Порошковый сплав представляет собой металлический порошок (железный, из цветных металлов, в некоторых случаях с добавкой графита или других примесей), спрессованный при высоком давлении и подвергнутый спеканию. Такой способ получения порошковых сплавов называется порошковой металлургией. Порошковая металлургия дает возможность создавать изделия с особыми свойствами, которые нельзя получить никакими другими методами, — пористые самосмазывающиеся подшипники, сплавы из таких несплавляющихся металлов, как вольфрам и медь, а также изготовлять большинство тугоплавких металлов, многокомпонентные смеси и т.д. Порошки получают различными способами:

1. механическим измельчением железной и стальной стружки в шаровых, молотковых и вихревых мельницах;

2. восстановлением из оксидов тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, железа и др.);

3. электролитическим осаждением — меди, олова, железа и др.

Для получения порошков исходных компонентов используют различные технологии в зависимости от природы сырья. Для получения карбида вольфрама — основного компонента большинства твердых сплавов — используют карбидизацию порошкообразного металлического вольфрама в среде углеродосодержащего газа.

Металлический вольфрам получают в две стадии. На первой в результате разложения вольфрамовой кислоты образуется оксид вольфрама, который на второй стадии подвергают восстановлению в среде водорода (H₂W₄→W0₃ +H₂OW0₃ +3H₂ → W+ ЗН₂0 и, наконец, 2WC₂H → 2WCH ₂).

Карбид титана (TiC), являющийся компонентом и твердых сплавов, и режущей керамики, получают восстановлением окиси титана (TiO + С₂Н₂ → ТiC+ СО+ Н₂).

Оксид алюминия (Al₂0₃) — основа некоторых видов керамики — может быть получен переработкой бокситов, в которых его содержание составляет от 50 до 100%, а также обжигом глинозема.

Нитрид кремния может быть получен азотированием кремниевого порошка. Металлический кобальт, являющийся связкой большинства твердых сплавов, получают восстановлением окислов кобальта в среде водорода.

Наиболее распространенный способ приготовления смесей — размол в шаровых мельницах. При этом происходят измельчение порошков, их перемешивание с целью получения однородной массы. Время размола составляет от двух—трех до четырех— пяти суток в зависимости от требований к дисперсности порошка.